Ниските шумозащитни екрани – едно ново решение за ограничаване на транспортния шум

Транспортните шумозащитни екрани (ТШЕ) са екологични строителни съоръжения, които се проектират и изграждат успоредно на транспортни артерии (автомагистрали, скоростни железопътни линии и др.) с цел намаляване на нивата на шума до пределно допустимите норми за урбанизираните територии и в помещенията на сградите. ТШЕ се изпълняват с различни размери (дължина и височина), от различни строителни материали, имат разнообразен напречен профил и архитектурен облик. Проектните решения на ТШЕ от акустична гледна точка не могат да бъдат типови (унифицирани), за разлика от елементите, от които са конструирани самите екрани. Тази сложност се заключава в тяхното строително-акустичното оразмеряване, което е функция на множество изисквания, фактори, явления и параметри [7]. От икономическа гледна точка това обстоятелство е водещо за определяне на стойността на съоръжението [8].
ТШЕ могат да се дефинират като твърди, практически звуконепропускливи прегради, създаващи зад себе си зона на звукова сянка чрез прекъсване на директното разпространение на шума по линията на пряка видимост от центъра на източника до точката на въздействие, при което нивото на шума намалява поради дифракцията на звуковите вълни (фиг. 1).
Количествената мярка на шумозащитния ефект на екрана е неговата акустична ефективност, която се определя като разлика между нивата на шума в изчислителната точка преди и след изграждането на екрана при равни други условия. Акустичната ефективност на екрана зависи от неговата височина и дължина, от разстоянията между него и източника, между него и изчислителната точка, а също така от височините на изчислителната точка и акустичния център на източника над повърхността на територията, но не зависи от шумовите характеристики на транспортните потоци:

• за линеен източник:

• за точков източник:

От анализа на формули и следват възможните решения за повишаване на ефективността на акустичния екран.
Намаляване на разстоянието от източника на шум до акустичния екран (фиг. 2 и фиг. 3).

Фиг. 2. Необходима височина (a) и нормативна и проектна ефективност на екрана при разстояние между източника и екрана 0.5 m, разстояние между екрана и изчислителната точка 5 m и височина на изчислителната точка 2 m


Фиг. 3. Необходима височина (a) и нормативна и проектна ефективност на екрана при разстояние между източника и екрана 1.5 m, разстояние между екрана и изчислителната точка 5 m и височина на изчислителната точка 2 m

Вижда се, че екраните имат еднаква акустична ефективност, но този, разположен на 0.5 m от източника на шум, има приблизително 2 пъти по-малка височина от този, разположен на 1.5 m, при еднакво разполагане на изчислителната точка. Разбира се, това не важи за всякакво разположение на изчислителната точка, но показва, че в конкретна ситуация трябва да се проверят и двата случая.

2. Увеличаване на височината и дължината на акустичния екран. Височината и дължината имат принципно различно влияние при намаляването на шума. От височината на акустичния екран зависи размерът на създавана от него звукова сянка. Дължината на ТШЕ определя затихването на шума, дифрактиращ на страничните ръбове на екрана и преминаващ покрай тях от незащитената зона.

Значителното увеличение на височината на екрана не е приемливо, както от икономическа, така и от естетико-психологическа гледни точки. Освен това, при много висок екран, който има голяма площ, се увеличават чувствително усилията от ветровото натоварване. В градоустройствената и строителната практика обикновено се използват екрани-вертикални стени с височина от 3 до 6 m, което предопределя тяхната ефективност, като функция от височината, до 18 dB(A).
Затова, през последните години се разви нов вид ТШЕ с малка височина, наречен „ниски“ транспортни шумозащитни екрани (Low-height noise barriers, LHNB). Те са със значително по-малка и, в повечето случаи фиксирана – около 1m, височина. Те имат сходна ефективност с класическите шумозащитни екрани поради близкото им разполагане до източника на шум. Намират широко приложение при железопътните потоци, тъй като най-често при тях основният шум се излъчва от колелата при контакта с релсите.
Ниските шумозащитни екрани обикновено са с ширина и височина, които не надвишават 1 m. Те могат да бъдат използвани в гъсто населените градски зони за предпазване от шума, излъчван от контакта на гумите с пътната настилка или на колелата с релсите при железопътен транспорт [3].
Различни конфигурации на екрани с малка височина (например габиони, звукови кристали или растителност) са изследвани в [5]. Те използват метода на крайните елементи и доказват, че ниските екрани могат да защитят близките територии, когато се намират близо до източника на звука [1]. Това е възможно в участъци с ограничена скорост на трафика, например в градските центрове, или по-често – при железопътния транспорт.
В отворено пространство, екран с ширина 40 cm и височина 1 m, монтиран на път с две платна, може да намали шума от автомобилния трафик с около 9 dB(A). Намаляването на шума може да се намали с няколко dB(A) в случай на тунелно застрояване около улицата, но да се увеличи с няколко dB(A), ако съществува втори нисък екран между двете платна на улицата.
За трамвайно движение, допълнително намаляване на шума, получено чрез добавяне на втори екран между двете релси се оценява на около 8 dB(A) [4]. На фиг. 4 е показана експериментална реализация на нисък ТШЕ покрай трамвайна линия. Изследвани са близкия и далечния до изчислителната точка трамваи [4].

Фиг. 4. Ляво – близък трамвай; дясно – далечен трамвай

Резултатите от проведени наблюдения са систематизирани на фиг. 5 и таблица 1.

Фиг.5.  Горе вляво – близък трамвай без екран, горе вдясно – близък трамвай с екран, долу вляво – далечен трамвай без екран, долу вдясно – далечен трамвай с екран

Таблица 1

На фиг. 6 е показан участък от ж.п. линията 520 A в Чехия с изграден нисък екран [2]. Направените измервания са потвърдили проектната ефективност на екрана.

Фиг. 6. Нисък екран покрай ж.п. линия № 520 А (Чехия)

На фиг. 7 е показана примерна схема за разполагане на нисък транспортен шумозащитен екран.

Фиг. 7. Примерна схема на разполагане на нисък шумозащитен екран

Целесъобразно е прилагането на ниски екрани като алтернатива на по-високите класически екрани, за сметка на намаляването на разстоянието от източника до екрана.
Изграждането на подобно шумозащитно съоръжение, обаче, в Р. България към момента не се допуска от нормативната база, която смятаме, че трябва да бъде актуализирана [6].